AT518863B1

AT518863B1 - WIND TURBINE

Info

Publication number: AT518863B1
Application number: ATA50787/2016A
Authority: AT
Inventors: Gregor Mallich Ing
Original assignee: Gregor Mallich Ing
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2018-02-15
Also published as: AT518863A4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage (1) mit einem ersten Rotor (4) und einem zweiten Rotor (5), wobei der zweite Rotor (5) gegenläufig drehbar zum ersten Rotor (4) ist, und der zweite Rotor (5) an einem Stator (2a) eines Generators (2) angeordnet ist, und der erste Rotor (4) mit dem Läufer (2b) des Generators (2) verbunden ist, wobei die Windkraftanlage (1) einen dritten Rotor (6) aufweist, der mit dem Läufer (2b) des Generators (2) verbunden ist. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zur Leistungssteigerung anzugeben. Das wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dritte Rotorblatter (6b) des dritten Rotors (6) eine dritte Steigung (γ) aufweisen, die größer ist als eine erste Steigung (α) von ersten Rotorblattern (4b) des ersten Rotors (4).The invention relates to a wind turbine (1) having a first rotor (4) and a second rotor (5), wherein the second rotor (5) is rotatable in opposite directions to the first rotor (4), and the second rotor (5) to a stator (2a) of a generator (2) is arranged, and the first rotor (4) with the rotor (2b) of the generator (2) is connected, wherein the wind turbine (1) has a third rotor (6) with the rotor (2b) of the generator (2) is connected. The object of the invention is to provide a way to increase performance. This is inventively achieved in that third rotor blades (6b) of the third rotor (6) have a third pitch (γ) which is greater than a first pitch (α) of first rotor blades (4b) of the first rotor (4).

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einem ersten Rotor und einem zweiten Rotor wobei der zweite Rotor gegenläufig drehbar zum ersten Rotor ist und der zweite Rotor an einem Stator eines Generators angeordnet ist und der erste Rotor mit dem Läufer des Generators verbunden ist, wobei die Windkraftanlage einen dritten Rotor aufweist, der mit dem Läufer des Generators verbunden ist.Description The invention relates to a wind turbine with a first rotor and a second rotor, wherein the second rotor is rotatable in opposite directions to the first rotor and the second rotor is arranged on a stator of a generator and the first rotor is connected to the rotor of the generator. wherein the wind turbine has a third rotor connected to the rotor of the generator.

[0002] Durch den Anstieg der erneuerbaren Energie kam es auch vermehrt zu einem Bau von Windkraftanlagen. Aufgrund der Neuheit diese Technologie ist das Potential von Windkraftanlagen noch nicht ausgereizt.Due to the increase in renewable energy, there was also an increase in the construction of wind turbines. Due to the novelty of this technology, the potential of wind turbines is not yet exhausted.

[0003] Derartige Windkraftanlagen mit drei Rotoren, wobei ein Rotor mit dem Läufer des Generators verbunden ist und zwei Rotoren mit dem Stator des Generators verbunden sind, sind beispielsweise aus der CN 203050995 U, der UA 30272 A und der CN 101225801 A bekannt. Dabei ist aus diesen Druckschriften nicht bekannt, wie die einzelnen Rotorblätter zueinander eingestellt sind.Such wind turbines with three rotors, wherein a rotor is connected to the rotor of the generator and two rotors are connected to the stator of the generator are known for example from CN 203050995 U, UA 30272 A and CN 101225801 A. It is not known from these documents how the individual rotor blades are adjusted to each other.

[0004] Aus der DE 10 2014 005 164 A1 ist eine Windkraftanlage mit zwei gegenläufigen Rotoren bekannt. Ein Rotor ist mit dem Stator des Generators und der andere Rotor ist mit dem Läufer des Generators verbunden. Dadurch kann die abgegebene Leistung vom Generator erhöht werden. Die abgegebene Leistung hängt von der Relativgeschwindigkeit vom Stator zum Läufer ab. Da die mechanisch bedingte maximale Geschwindigkeit des Läufers bei dieser Ausführung nicht erreicht wird, wird durch diese Ausführung das mögliche Potential der Windkraftanlage zur Erzeugung elektrischer Leistung nicht voll ausgenutzt.From DE 10 2014 005 164 A1 a wind turbine with two counter-rotating rotors is known. One rotor is connected to the stator of the generator and the other rotor is connected to the rotor of the generator. As a result, the output power can be increased by the generator. The output power depends on the relative speed from the stator to the rotor. Since the mechanically induced maximum speed of the rotor is not achieved in this embodiment, the possible potential of the wind turbine for generating electrical power is not fully utilized by this design.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es eine Windkraftanlage bereitzustellen, die diesen Nachteil beseitigt und mehr Leistung abgeben kann.The object of the invention is to provide a wind turbine that eliminates this disadvantage and can deliver more power.

[0006] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass dritte Rotorblätter des dritten Rotors eine dritte Steigung aufweisen, die größer ist als eine erste Steigung von ersten Rotorblättern des ersten Rotors. Dadurch entsteht der Vorteil, dass der dritte Rotor den vorderen Rotor mitziehen kann.According to the invention, this object is achieved in that third rotor blades of the third rotor have a third pitch, which is greater than a first pitch of first rotor blades of the first rotor. This creates the advantage that the third rotor can pull the front rotor along.

[0007] Dabei ist eine dritte Nabe des dritten Rotors mit dem Läufer des Generators verbunden. Der dritte Rotor und der erste Rotor sind an einer gemeinsamen Welle angeordnet.In this case, a third hub of the third rotor is connected to the rotor of the generator. The third rotor and the first rotor are arranged on a common shaft.

[0008] Durch den dritten Rotor ist die Ausgabe der elektrischen Leistung größer als bei herkömmlichen Windkraftanlagen, da die Relativgeschwindigkeit des Läufers des Generators zum Stator des Generators erhöht ist.By the third rotor, the output of the electric power is greater than in conventional wind turbines, since the relative speed of the rotor of the generator is increased to the stator of the generator.

[0009] Es ist günstig, wenn der erste Rotor, der zweite Rotor und der dritte Rotor jeweils Rotorblätter aufweisen, die mit je einem Stellantrieb verbunden sind und wenn die Rotorblätter durch den Stellantrieb gemeinsam und aufeinander abgestimmt verstellbar sind. Dadurch können die Rotorblätter einzeln oder gemeinsam jeweils mit einer optimalen Steigung und auch aufeinander abgestimmt eingestellt sein.It is advantageous if the first rotor, the second rotor and the third rotor each have rotor blades which are each connected to an actuator and when the rotor blades are adjusted by the actuator together and matched. As a result, the rotor blades can be individually or jointly adjusted in each case with an optimum pitch and also coordinated with each other.

[0010] Damit die Anströmung auch bei Veränderung der Windrichtung optimal ist, ist es günstig, wenn die Windkraftanlage einen Mast mit einer Drehscheibe zur Windrichtungsnachführung aufweist, wobei erster Rotor, zweiter Rotor und dritter Rotor über eine Brücke mit dem Mast verbunden sind. Dadurch kann die Windkraftanlage immer auf die Windrichtung eingestellt sein.Thus, the flow is optimal even when changing the wind direction, it is advantageous if the wind turbine has a mast with a turntable for Windrichtungsnachführung, wherein the first rotor, second rotor and third rotor are connected via a bridge to the mast. As a result, the wind turbine can always be adjusted to the wind direction.

[0011] Es ist für die Umströmung, aber auch zur Vermeidung von Kavitationen und zur Vermeidung von Belastungen günstig, wenn die Brücke und der Mast aerodynamisch geformt sind.It is favorable for the flow around, but also to avoid cavitation and to avoid stress when the bridge and the mast are aerodynamically shaped.

[0012] Der gleiche Vorteil entsteht, wenn eine erste Nabe des ersten Rotors aerodynamisch geformt ist und wenn eine dritte Nabe des dritten Rotors aerodynamisch geformt ist. Außerdem lässt sich auf diese Weise der Wirkungsgrad der Windkraftanlage erhöhen.The same advantage arises when a first hub of the first rotor is aerodynamically shaped and when a third hub of the third rotor is aerodynamically shaped. In addition, the efficiency of the wind turbine can be increased in this way.

[0013] Es ist günstig, wenn dritte Rotorblätter des dritten Rotors eine dritte Steigung aufweisen, die größer ist als eine erste Steigung von ersten Rotorblättern des ersten Rotors. Dadurch entsteht der Vorteil, dass der dritte Rotor den vorderen Rotor mitziehen kann.It is favorable if third rotor blades of the third rotor have a third pitch which is greater than a first pitch of first rotor blades of the first rotor. This creates the advantage that the third rotor can pull the front rotor along.

[0014] Um die gegenläufige Drehrichtung von Stator und Läufer des Generators sicher zu erreichen, ist es günstig, wenn zweite Rotorblätter des zweiten Rotors eine zweite Steigung aufweisen, die eine andere Orientierung aufweist, beziehungsweise ein anderes Vorzeichen aufweist, als eine erste Steigung von ersten Rotorblättern des ersten Rotors. Dabei beziehen sich die Steigungen immer auf den spitzen Winkel zur Horizontalebene.In order to achieve the opposite direction of rotation of the stator and rotor of the generator safely, it is advantageous if second rotor blades of the second rotor have a second pitch, which has a different orientation, or has a different sign than a first slope of the first Rotor blades of the first rotor. The slopes always refer to the acute angle to the horizontal plane.

[0015] In der Folge wird die Erfindung anhand der nicht einschränkenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen: [0016] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Windkraftanlage in einer ersten Ansicht; [0017] Fig. 2 die Windkraftanlage in einer Detailansicht mit Ausbrüchen; [0018] Fig. 3 einen zweiten Rotor der Windkraftanlage; [0019] Fig. 4 einen ersten Rotor der Windkraftanlage; und [0020] Fig. 5 einen dritten Rotor der Windkraftanlage.In the following the invention will be described in more detail with reference to the non-limiting figures. In the drawings: Fig. 1 shows a wind turbine according to the invention in a first view; Fig. 2 shows the wind turbine in a detail view with outbreaks; FIG. 3 shows a second rotor of the wind power plant; FIG. FIG. 4 shows a first rotor of the wind power plant; FIG. and Fig. 5 shows a third rotor of the wind turbine.

[0021] Eine Windkraftanlage 1, wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist einen Generator 2 und eine Welle 3 auf. Die Welle 3 weist ein erstes Ende 3a und ein zweites Ende 3b auf. Am ersten Ende 3a ist ein erster Rotor 4 angeordnet. Im Bereich des Generators 2 ist ein zweiter Rotor 5 angeordnet und am zweiten Ende 3b der Welle 3 ist ein dritter Rotor 6 angeordnet.A wind turbine 1, as shown in Fig. 1, has a generator 2 and a shaft 3. The shaft 3 has a first end 3a and a second end 3b. At the first end 3a, a first rotor 4 is arranged. In the region of the generator 2, a second rotor 5 is arranged and at the second end 3b of the shaft 3, a third rotor 6 is arranged.

[0022] Die Welle 3 ist frei drehbar in Lagern. Ein erstes Kugellager 7 ist zwischen dem ersten Rotor 4 und dem Generator 2 angebracht. Ein zweites Kugellager 8 ist zwischen dem Generator 2 und dem dritten Rotor 6 vorgesehen. Das erste Kugellager 7 und das zweite Kugellager 8 sind in Säulen 9 einer Brücke 10 angeordnet, wie in Fig. 2 gezeigt.The shaft 3 is freely rotatable in bearings. A first ball bearing 7 is mounted between the first rotor 4 and the generator 2. A second ball bearing 8 is provided between the generator 2 and the third rotor 6. The first ball bearing 7 and the second ball bearing 8 are arranged in columns 9 of a bridge 10, as shown in Fig. 2.

[0023] Um die Windkraftanlage 1 in den Wind stellen zu können und mit der Windrichtung mitdrehen zu können, sind die zwei Säulen 9 der Brücke 10 auf einer Drehscheibe 11 angeordnet. Sie stellt eine Windrichtungsnachführung dar. Diese Drehscheibe 11 vermag die gesamte Windkraftanlage 1 zu drehen und ist auf einem Mast 12 fixiert.In order to put the wind turbine 1 in the wind and to be able to rotate with the wind direction, the two columns 9 of the bridge 10 are arranged on a turntable 11. It represents a wind direction tracking. This turntable 11 is capable of rotating the entire wind turbine 1 and is fixed on a mast 12.

[0024] An dem ersten Ende 3a der Welle 3 ist eine erste Nabe 4a des ersten Rotors 4 fixiert, an der erste Rotorblätter 4b angebracht sind. An dem zweiten Ende 3b der Welle 3 ist eine dritte Nabe 6a des dritten Rotors 6 fixiert, an der dritte Rotorblätter 6b angebracht sind.At the first end 3a of the shaft 3, a first hub 4a of the first rotor 4 is fixed, are attached to the first rotor blades 4b. At the second end 3b of the shaft 3, a third hub 6a of the third rotor 6 is fixed, are attached to the third rotor blades 6b.

[0025] Zweite Rotorblätter 5b sind an einem Stator 2a des Generators 2 angeordnet. Ein Läufer 2b des Generators 2 ist fest mit der Welle 3 verbunden. Der Läufer 2b dreht sich gemeinsam mit der Welle 3 und dem ersten Rotor 4 und dem dritten Rotor 6 mit. Es ist unerheblich wie viele Rotorblätter vorgesehen sind.Second rotor blades 5 b are arranged on a stator 2 a of the generator 2. A rotor 2b of the generator 2 is fixedly connected to the shaft 3. The rotor 2b rotates together with the shaft 3 and the first rotor 4 and the third rotor 6 with. It does not matter how many rotor blades are provided.

[0026] Die ersten Rotorblätter 4b weisen eine erste Steigung α auf. Die zweiten Rotorblätter 5b weisen eine zweite Steigung ß auf und die dritten Rotorblätter 6b weisen eine dritte Steigung γ auf. In der gezeigten Ausführung sind erste Steigung α und dritte Steigung γ negativ. Die zweite Steigung ß ist positiv. Dabei wird der spitze Winkel zwischen Horizontalebene und Rotorblatt betrachtet. Jede Steigung α, ß, γ ist durch eine kollektive Blattverstellung veränderbar.The first rotor blades 4b have a first pitch α. The second rotor blades 5b have a second pitch β and the third rotor blades 6b have a third pitch γ. In the illustrated embodiment, first slope α and third slope γ are negative. The second slope ß is positive. Here, the acute angle between the horizontal plane and the rotor blade is considered. Each pitch α, ß, γ is variable by a collective pitch.

[0027] Die erste Nabe 4a und die dritte Nabe 6a, der Mast 12 und die Brücke 10 sind aerodynamisch geformt.The first hub 4a and the third hub 6a, the mast 12 and the bridge 10 are aerodynamically shaped.

[0028] Ein positiver Bürstenkontakt 13 und ein negativer Bürstenkontakt 14 des Generators 2 sind an einem positiven Schleifring 15 und an einem negativen Schleifring 16 mit einer elektrischen Isolation zu dem ersten Ende 3a und dem zweiten Ende 3b der Welle 3 montiert.A positive brush contact 13 and a negative brush contact 14 of the generator 2 are mounted on a positive slip ring 15 and on a negative slip ring 16 with electrical insulation to the first end 3a and the second end 3b of the shaft 3.

[0029] An den beiden Säulen 9 befinden sich das positive Stromkabel 13a und das negative Stromkabel 14a. Die Stromkabel 13a und 14a sind verbunden mit den Bürstenkontakten 13 und 14. Die Bürstenkontakte 13 und 14 schleifen an den Schleifringen 15 und 16. Zwei Stromkontakte 17 des Generators 2 sind elektrisch verbunden mit den Schleifringen 15 und 16.At the two columns 9 are the positive power cable 13a and the negative power cable 14a. The power cables 13a and 14a are connected to the brush contacts 13 and 14. The brush contacts 13 and 14 grind on the slip rings 15 and 16. Two power contacts 17 of the generator 2 are electrically connected to the slip rings 15 and 16th

[0030] Die Funktion der Windkraftanlage 1 ist folgendermaßen: [0031] Der Wind strömt über alle Rotorblätter 4b, 5b, 6b. Die Rotorblätter 4b, 6b mit negativer Steigung α, γ drehen sich in eine Richtung, die zweiten Rotorblätter 5b mit positiver Steigung ß drehen sich in eine andere Richtung. Also dreht sich der erste Rotor 4 in die eine Richtung, der zweite Rotor 5 dreht sich in die andere Richtung und der dritte Rotor 6 dreht sich in dieselbe Richtung wie der erste Rotor 4.The function of the wind turbine 1 is as follows: The wind flows over all rotor blades 4b, 5b, 6b. The rotor blades 4b, 6b with a negative pitch α, γ rotate in one direction, the second rotor blades 5b with a positive pitch β rotate in a different direction. Thus, the first rotor 4 rotates in one direction, the second rotor 5 rotates in the other direction, and the third rotor 6 rotates in the same direction as the first rotor 4.

[0032] Über den positiven Schleifring 15 und den negativen Schleifring 16 wird der erzeugte Strom abgeleitet. Die Anordnung der positiven und der negativen Elemente kann in einer anderen Ausführung vertauscht sein.About the positive slip ring 15 and the negative slip ring 16, the current generated is derived. The arrangement of the positive and negative elements may be reversed in another embodiment.

[0033] Die Relativgeschwindigkeit der Welle 3 entspricht der doppelten Drehzahl eines einfachen Windrads und somit liefert die Windkraftanlage 1 auch die doppelte Leistung zu einem starr befestigten Generator.The relative speed of the shaft 3 corresponds to twice the speed of a simple wind turbine and thus the wind turbine 1 also delivers twice the power to a rigidly mounted generator.

[0034] Wenn eine kollektive Blattverstellung installiert ist, zieht der dritte Rotor 6, wenn die dritte Steigung γ stärker angestellt ist wie bei dem ersten Rotor 4 - den ersten Rotor 4 mit. So wird der Leistungs-Output wesentlich gesteigert.If a collective pitch adjustment is installed, draws the third rotor 6, when the third slope γ is made stronger as in the first rotor 4 - the first rotor 4 with. So the performance output is significantly increased.

[0035] Selbst durchgeführte Tests haben ergeben, dass diese Windkraftanlage 1 einen doppelten Strom-Output liefert wie eine herkömmliche Windkraftanlage.Self-conducted tests have shown that this wind turbine 1 provides a double current output as a conventional wind turbine.

[0036] Durch eine kollektive Blattverstellung aller drei Rotoren 4, 5, 6 kann sogar mehr als der doppelte Strom-Output erzielt werden.By a collective pitch of all three rotors 4, 5, 6 even more than twice the current output can be achieved.

[0037] Diese Windkraftanlage 1 kann in vielen erdenklichen Größen und Anwendungsgebieten Verwendung finden: [0038] Die Windkraftanlage 1 kann als mobiler Stromerzeuger auf Wohnmobilen, beim Campen und auf Yachten Anwendung finden. Sie kann auch auf Hausdächern installiert sein.This wind turbine 1 can be used in many conceivable sizes and fields of application: The wind turbine 1 can be used as a mobile power generator on campers, camping and yachts. It can also be installed on rooftops.

[0039] Ausführungsbeispiele sind: [0040] Eine Anordnung auf einer Yacht zur Stromerzeugung im Inselbetrieb mit einem Rotor-durchmesser bis zu 100 cm ist möglich.Embodiments are: An arrangement on a yacht for power generation in island operation with a rotor diameter up to 100 cm is possible.

[0041] Oder sie ist zum Anbringen am Dach eines Wohnwagens mit einem Rotordurchmesser bis 200 cm gedacht.Or it is intended for mounting on the roof of a caravan with a rotor diameter up to 200 cm.

[0042] Auch die Anwendung bei einem Ein- oder Mehrfamilienhaus auf dem Dach mit einem Rotordurchmesser bis zu 200 cm ist denkbar. Bei diesen Ausführungen ist kein Mast 12 vorgesehen. Die Drehscheibe 11 ist direkt auf einem festen Untergrund angeordnet.The application to a single or multi-family house on the roof with a rotor diameter up to 200 cm is conceivable. In these embodiments, no mast 12 is provided. The turntable 11 is arranged directly on a solid surface.

[0043] An einem eigenen Mast 12 ist die Windkraftanlage 1 auf einem Grundstück mit einem Rotordurchmesser von zirka 300 bis 400 cm denkbar.On a separate mast 12, the wind turbine 1 on a plot with a rotor diameter of about 300 to 400 cm is conceivable.

[0044] Oder am Dach eines Hochhauses ist die Aufstellung mehrerer solcher Windkraftanlagen 1 mit einem Rotordurchmesser von 500 cm möglich, mit oder ohne Mast 12.Or the roof of a skyscraper is the establishment of several such wind turbines 1 with a rotor diameter of 500 cm possible, with or without mast 12th

[0045] Des Weiteren ist es möglich solche Windkraftanlagen in Windparks, in Offshore-Anlagen, beim Campen auf einem eigenen Standfuß (Rotordurchmesser 100 cm) anzuwenden.Furthermore, it is possible to use such wind turbines in wind farms, in offshore facilities, when camping on its own stand (rotor diameter 100 cm).

[0046] Die Windkraftanlage 1 wurde anhand zweier Prototypen getestet: [0047] Der Prototyp I weist einen Rotordurchmesser von 25 cm auf.The wind turbine 1 was tested on the basis of two prototypes: The prototype I has a rotor diameter of 25 cm.

[0048] Der Prototyp II weist einen Rotordurchmesser von 150 cm auf.The prototype II has a rotor diameter of 150 cm.

[0049] Beide Prototypen - obwohl sie sehr einfach aufgebaut sind - haben durch ihre dreifach gegenläufige Drehbewegung mehr als doppelt so viel Strom produziert als im Vergleich zu einer herkömmlichen Windkraftanlage.Both prototypes - although they are very simple - have produced more than twice as much electricity through their triple counter-rotating movement as compared to a conventional wind turbine.

Claims

claims

Wind turbine (1) having a first rotor (4) and a second rotor (5) wherein the second rotor (5) is rotatable in opposite directions to the first rotor (4) and the second rotor (5) on a stator (2a) of Generator (2) is arranged and the first rotor (4) with the rotor (2b) of the generator (2) is connected, wherein the wind turbine (1) has a third rotor (6) with the rotor (2b) of the generator (2), characterized in that third rotor blades (6b) of the third rotor (6) have a third pitch (y) which is greater than a first pitch (a) of first rotor blades (4b) of the first rotor (4 ).

2. Wind power plant (1) according to claim 1, characterized in that the first rotor (4), the second rotor (5) and the third rotor (6) each have rotor blades (4b, 5b, 6b), each with an actuator are connected.

3. Wind turbine (1) according to claim 2, characterized in that the rotor blades (4b, 5b, 6b) are adjusted by the actuator together and matched to each other.

4. Wind power plant (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the wind power plant (1) has a mast (12) with a hub (11) for Windrichtungsnach-leadership, wherein the first rotor (4), second rotor ( 5) and third rotor (6) via a bridge (10) to the mast (12) are connected.

5. Wind power plant (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the bridge (10) and the mast (12) are aerodynamically shaped.

6. Wind power plant (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that a first hub (4a) of the first rotor (4) is aerodynamically shaped.

7. Wind turbine (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that a third hub (6a) of the third rotor (6) is aerodynamically shaped.

8. Wind turbine (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that second rotor blades (5b) of the second rotor (5) have a second pitch (ß), which has a different orientation, or has a different sign than a first pitch (a) of first rotor blades (4b) of the first rotor (4). 4 sheets of drawings